制冷劑

1. 制冷劑的選用原則

在蒸汽壓縮式制冷機中，除了要有較好的熱力性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)外，更應(yīng)具有優(yōu)良的環(huán)境特性。具體要求如下：

（1） 對人類生態(tài)環(huán)境無破壞作用。不破壞大氣臭氧層，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)。

（2） 臨界溫度較高。在常溫或普通低溫下能夠液化。希望臨界溫度比環(huán)境溫度高的多，才能減少制冷劑節(jié)流損失，提高循環(huán)經(jīng)濟性。

（3） 在工作溫度范圍內(nèi)，具有適當(dāng)?shù)娘柡险羝麎毫?，z*起碼蒸發(fā)壓力不得低于大氣壓力，以免外部空氣滲入系統(tǒng)中；冷凝壓力不宜過高，否則會引起壓縮機耗功增加，并要求系統(tǒng)具有較高的承壓能力，增加設(shè)備成本。

（4） 單位容積制冷量大。可以減少壓縮機輸氣量。

（5） 粘度和密度小。減少系統(tǒng)中流動阻力損失。

（6） 熱導(dǎo)率高?？梢蕴岣邠Q熱器的傳熱系數(shù)，減少換熱設(shè)備的傳熱面積降低材料消耗。

（7） 不燃燒，不爆炸，無毒。對金屬材料不腐蝕，對潤滑油不發(fā)生化學(xué)作用，高溫下不分解。

（8） 等熵指數(shù)小?？山档团艢鉁囟龋瑴p少壓縮過程耗功，有利安全運行和提高使用壽命。   

（9） 凝固溫度低。避免在蒸發(fā)溫度下出現(xiàn)凝固。

（10） 具有良好的絕緣性能。

（11） 價格低易獲得。

（12） 單位容積壓縮功小。

目前，完全滿足以上十二項要求的制冷劑還未發(fā)現(xiàn)。但選擇時，可以根據(jù)用途使用條件等加以全面考量。

如小型封閉壓縮機家用裝置，多選用氟制冷劑。大型工業(yè)制冷多選用氨，石油化工多選用碳氫化合物。

2. 種類及分類

按成分有以下幾種。

（1） 無機化合物。水、氨、二氧化碳等。

（2） 飽和碳氫化合物的衍生物，俗稱氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。

（3） 飽合碳氫化合物。如丙烷，異丁烷等

（4） 不飽和碳氫化合物。如乙烯，丙烯等。

（5） 共沸混合制冷劑。如R502等。

（6） 非共沸混合制冷劑。如R407c，R410等。

通常按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，又分為高、中、低溫三類。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度是指標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的蒸發(fā)溫度，也就是沸點。

（1） 高溫（低壓）：標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度（tS）>0℃,冷凝壓力(PC)≦0.2～0.3Mpa,常用的R123等。

（2） 中溫（中壓）：0℃> tS>-60℃，0.3Mpa< PC<2.0 Mpa,常用的有氨，R12, R22, R134a,丙烷等。

（3） 低溫（高壓）：tS≦-60℃，常用的有R13，乙烯, R744(CO2)等。

3. 編號，命各標(biāo)示方法;

按照國際統(tǒng)一規(guī)定用字母“R”代表制冷劑，加上后面的數(shù)字和字母組成在GB7778-1987中做了明確規(guī)定。簡述如下：

（1） 無機化合物。

規(guī)定為R700加上無機化合物的相對分子質(zhì)量的整數(shù)部分組成

NH3(氨)           H2O（水）          CO2（二氧化碳）

分子量     17                18                      44

編號      R717              R718                   R744                

(2)氟利昂和烷氫類：

烷氫類化合物的分子通式：CmH2m+2

氟利昂是飽合碳氫化合物(烷族)的鹵族元素衍生物的總稱，分子通式為R（m-1）(n+1)(X),若有Br（溴）原子，再加字母B和原子數(shù)，若（m-1）=0，則“0”略去不寫。

下面列舉幾種編號

名稱         分子式            m,n,x,z值           編號

一氯二氟甲烷     CHF2Cl         m=1,n=1,x=2,z=0         R22

二氯撒氟乙烷     C2HF3 Cl2       m=2,n=1,x=3,z=0         R123

三氟一溴甲烷     CF3Br          m=1,n=0,x=3,z=1         R13B1

丙烷             C3H8          m=3,n=8,x=0,z=0          R290

(3)混合制冷劑。

混合制冷劑以獲取命名的順序編號的

共沸混合制冷劑編號為R5，從R500開始R501,R502等。

非共沸混合制冷劑編號為R4，從R401，R404，R410等。

同素異構(gòu)體加注小寫數(shù)字母，如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a

4. 常用制冷劑性質(zhì)

（1） 氨：標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.4℃，凝固溫度為-77.7℃，壓力適中，單位容積制冷量大，流動阻力小，熱導(dǎo)率大。價格低廉對大氣臭氧層無破壞作用，故被廣泛應(yīng)用在蒸發(fā)溫度-65℃以上的大中型制冷機中。

缺點是毒性較大，可燃，可爆，有強烈刺激性臭味，等熵指數(shù)較大，對鋅銅有腐蝕作用。

（2） 氟利昂：重點分析熱水器目前常用的

1）R22：對大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)，被列為第二批限用禁用的制冷劑。我國將在2040年1月1日起禁止生產(chǎn)和使用。

   R22是應(yīng)用z*廣泛的中溫制冷劑，沸點-40.8℃，凝固點-160℃，無色，氣味弱，不燃燒，不爆炸，屬安全制冷劑。它與潤滑油部分互溶，需采取回油措施。

2）R142b.沸點較高-9.25℃.凝固點-130.8℃z*大特點是在很高的冷凝溫度下，冷凝壓力并不高。如80℃時只有1.35 Mpa，因此它適合在熱泵裝置和高環(huán)境溫度下使用。

對大氣臭氧層有微弱的破壞作用，也將在2040年禁用。

3）R134a。沸點-26.5℃，凝固點-101℃，無色，無味，不燃，不爆，

但與礦物性潤滑油不相溶，必須采用聚脂類合成油（如聚烯烴乙二醇），與丁腈橡膠不相溶，故密封件須改為聚丁腈橡膠，吸水性較強，易與水反映生成酸，腐蝕管絡(luò)及壓縮機，對系統(tǒng)干燥度要求更高，系統(tǒng)中的干燥劑要換成XH-7或XH-9分子篩。壓縮機電機線圈絕緣材料必須加強絕緣等級，是一種不太成熟的制冷劑。

4）目前認(rèn)為較有前途的R22潛代品為R407c和R410A。

R407c是R32R125 R134a 以23：25：52的質(zhì)量百分比組成的三元非共沸制冷劑，蒸發(fā)壓力和制冷壓力與R22非常接近。但在制熱工況下單位容積制冷量和COP都小于R22。在相同設(shè)計運行能力的熱泵熱水系統(tǒng)中，采用R407c熱水加熱系統(tǒng)耗功明顯高于R22系統(tǒng)。使得在高水溫時COP低于R22系統(tǒng)。

R410A是R32和R125按照50：50的質(zhì)量百分比組成的近共沸混合制冷劑。其溫度滑移不超過0.2℃，這給制冷劑充灌，設(shè)備更換提供了方便。但是R410A制熱工況下的COP 比R22約小9%，其蒸發(fā)壓力，冷凝壓力以及容積制冷量都比R22大的多，同溫度下它的壓力值比R22約高60%，傳熱性能及流動性較好。不能直接用于R22系統(tǒng)。必須重新設(shè)計壓縮機，換熱器，管路和系統(tǒng)。

5）C02制冷劑

綠色環(huán)保天然工質(zhì)C02以其無毒，對臭氧層與影響，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)和良好的熱力學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點，再度受到人們的重視。此外，C02給臨界環(huán)境系統(tǒng)所具有的較高的排氣溫度和氣體冷卻器較大的溫度滑移。它在熱泵熱水器領(lǐng)域具有其他工質(zhì)無法比擬的優(yōu)勢。

主要優(yōu)勢：

① 無毒，不可燃。具有很好的安全性。消耗臭氧潛能值ODP=0，q*變暖潛能值GWP=1，有著良好的的經(jīng)濟性，而不存在回收問題，具有環(huán)境友好性。

② 物理化學(xué)性能穩(wěn)定。與潤滑油共溶性良好。粘度很低，這樣可以提高流速，壓降不會太大，改善傳熱，進一步減小部件尺寸和系統(tǒng)重量。

③ 絕緣指數(shù)（K）值較高，雖有使壓縮機排氣溫度偏高的問題，但符合制取較高溫度熱水的要求。同時，由于C02低于工作壓力P0很高，壓縮機壓縮比相對其他系統(tǒng)低的多，壓縮機效率高。

④ C02分子量比高分子化合物的小得多，因此相對于一定的蒸發(fā)溫度，它的蒸發(fā)（汽化）潛熱比較大，此外，高的工作壓力，使壓縮機吸氣比容較小，單位容積制冷量較大，可以減少尺寸，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。

⑤ C02低的臨界溫度，使其在熱泵系統(tǒng)循環(huán)中處于跨臨界狀態(tài)。在放熱過程中較大的溫度滑移，可以和變溫?zé)嵩摧^好的匹配。

C02應(yīng)用研究的一個重要領(lǐng)域是熱泵熱水器（HPWH）。C02跨臨界循環(huán)中氣體冷卻器所具有的較高的排氣溫度，較大的溫度滑移和冷卻介質(zhì)的溫升過程相匹配，使其在熱泵循環(huán)方面具有獨特的優(yōu)勢。

通過調(diào)整循環(huán)的排氣壓力，可使氣體冷卻器的排熱過程較好適應(yīng)外部熱源的溫度和溫升需要。研究結(jié)果表明，當(dāng)用環(huán)境空氣作熱源，0℃環(huán)境進水溫度8℃，熱水出水溫度為60℃時，該系統(tǒng)COP值高達4.3.一個更大優(yōu)點是毫無困難的產(chǎn)出90℃的熱水COP值仍較高。而普通的熱泵熱水器限制產(chǎn)水溫度在55℃以下。

因而C02熱泵系統(tǒng)可較好的滿足采暖，空調(diào)和生活熱水的加熱要求。C02作為制冷工質(zhì)在熱泵中的應(yīng)用將有效的解決空調(diào)冷熱源面臨的資源與環(huán)境壓力，應(yīng)用前景良好。